高频晶体振荡器

1、1,晶体振荡器,2,石英晶体的结构,图（a）表示自然结晶体,图（b）表示晶体的横断,3,石英晶体的特性,（1）石英晶体特有的正、反两种压电效应 正压电效应：当沿晶体的电轴或机械轴施以张力或压力时，就在垂直于电轴的两面上产生正、负电荷，呈现出电压。 负压电效应：当在垂直于电轴的两面上加交变电压时，晶体将会沿电轴或机械轴产生弹性变形（伸张或压缩），称为机械振动。,4,（2）石英晶体具有谐振回路的特性 石英晶体存在着固有振动频率。 当外加电信号频率在此自然频率附近时，就会发生谐振现象。它既表现为晶片的机械共振，又在电路上表现出电谐振。 这时有很大的电流流过晶体，产生电能和机械能的转换。,石英晶体的特

2、性,（3）具有较小的频率温度特性 石英晶体温度系数小和低噪声 石英晶体振荡器的频率稳定度可达到10-5数量级以上，具有很高的品质因数，产生几十kHz几百MHz的振荡频率。,5,符号,基频等效电路,完整等效电路,C0 静态电容和支架引线等分布电容之和，一般几个pF； Cq 动态电容，表征晶体的弹性，值很小，在10-2pF以下。 Lq 动态电感，表征晶体的质量，值较大，在几十个mH； rq 动机械摩擦和空气阻尼引起的损耗，阻抗很小，1到几十。,6,7,晶体谐振器的电特性：,（1）有非常高的品质因数。而普通LC振荡回路的值只能到几百。,（2）石英晶体谐振器与有源器件的接入系数p很小，一般为10-31

3、0-4 。,（12 50025 000）,8,（3）晶体的电抗特性：,9,（3）晶体的电抗特性：,忽略rq,10,1. 作电感用,2. 工作于串联谐振状态,应 用,11,石英晶体谐振器(a) 符号 (b) 基频等效电路 (c) 完整等效电路,除了以上基频振动模式外，石英片的振动还会产生奇次（2n-1）谐波的泛音振动。基频振动模式时，产生奇次谐波谐振的支路因阻抗较高可忽略。,奇次谐波的泛音振动,(3) 泛音晶体振荡器,应 用,12,13,14,15,16,石英晶体的基频越高，晶片的厚度越薄。频率太高时，晶片的厚度太薄，加工困难，且易振碎。因此在要求更高频率工作时，可以在晶体振荡器后面加倍频器。

4、另一个办法就是令晶体工作于它的泛音频率上，构成泛音晶体振荡器。,所谓泛音，是指石英片振动的机械谐波。 它与电气谐波的主要区别是：电气谐波与基波是整数倍关系，且谐波与基波同时并存；泛音则与基频不成整数倍关系，只是在基频奇数倍附近，且两者不能同时存在。,(3) 泛音晶体振荡器,17,泛音晶体振荡器交流等效电路,若泛音晶体的标称泛音次数为5，相应的标称频率为5MHz，则LC谐振回路应调谐在35次泛音频率之间，如3.5MHz。在5MHz, LC谐振回路呈容性，满足相位平衡条件。,而对于基频和3次泛音频率来说，回路呈感性，振荡器不满足相位平衡条件，不能产生振荡。,而对于7次及其以上的泛音频率，回路呈容性

5、，但其电容量过大，负载阻抗过小，以致电压增益下降太多，不能起振。,18,例3-4：如图所示的晶体振荡器电路 (1) 画出交流等效电路，指出是何种类型的晶体振荡器。 (2) 该电路的振荡频率是多少？ (晶体参数：C0=4pF, Cq=0.05pF, Lq=0.05H, rq=10W) (3) 晶体在电路中的作用？ (4) 该晶振有何特点？ 晶体的品质因数Q? (5) 若频率稳定度为10-5， 问振荡频率的变化范围。,19,画出交流等效电路后， 看晶体是回路的一部分（并联型晶振） 还是反馈网络的一部分（串联型晶体）,20,(2)该电路的振荡频率为晶体的串联谐振频率,(3)晶体在电路中起短接线作用。

6、,而晶体的并联谐振频率为：,21,(4) 该晶振的特点是频率稳定度很高，温度系数小。,（5）振荡频率的变化范围 = 振荡频率振荡频率频稳度 = 3184713 31847130.00001 = 3184713 32 =3184681Hz 30184745Hz,22,例3-5：,一晶体振荡器交流等效电路如图所示， （1）该电路属于何种类型的晶体振荡器，晶体在电路中的作用是什么？ （2）画出该电路的实际线路； （3）若将5MHz的晶体换成2MHz的晶体，该电路是否能正常工作，为什么？,23,而晶体的标称频率为5MHz，电感L与电容C1构成的回路在5MHz时呈现容性，振荡器可以在5MHz工作。,如果晶体换成2MHz，则2MHz时电感L与电容C1构成的回路呈现感性，故电路不能正常工作。,24,25,26,27,MC1648,28,29,30,31,32,33,(4 42),右图为一压控振荡器的频率-控制电压特性曲线。一般情况下, 这一特性是非线性的, 非线性程度与变容管变容指数及电路形式有关。,压控振荡器 压控振荡器的主要性能指